深圳先进院等在预防登革热疫苗研究中取得进展

黄病毒是一种可通过蚊子等昆虫迅速传播的世界流行性病毒，而登革病毒（DENV，包括1-4四种血清亚型）及寨卡病毒（ZIKV）为主要病原，目前尚无有效疫苗，病人感染后可能触发名为“登革出血热”等可致死性症状，同时病毒还能引起包括中枢抑制、嗜睡、意识模糊、癫痫发作、脑膜炎、脊髓炎、脑炎或脑病等严重神经系统并发症；而寨卡病毒则会造成出生儿的小头症或者其他脑部畸形症状。现行治疗手段多以对症治疗为主，需研发相关特效药，其中抗体为相关研究的热点，特别是针对病毒的交叉中和抗体。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所脑信息中心/中国科学院深圳理工大学（暂定名）生命健康学院研究员张小康团队与法国巴斯德研究所、英国牛津大学以及美国加州大学洛杉矶分校合作，在疫苗研究方面取得进展。此前，利用多种前沿生物物理技术，张小康在解析登革全病毒高分辨结构后(2013 NSMB)，继而钻研抗病毒疫苗设计，解析了包括登革寨卡在内的多种病毒粒子抗体结合的高分辨结构(2015 NI)。

该研究中，通过拥有广泛中和潜力的C10单价抗体对病毒进行结合能力和中和能力实验，研究人员发现其仅对ZIKV和DENV1仍具有中和活性，而对其它类型则失去了抗原中和能力。为解释该现象，研究首先通过体细胞超突变恢复突变，以及抗体与表位互补位的丙氨酸扫描突变验证了病毒互补位对于突变的耐受稳定性；随后通过X射线晶体衍射技术分别解析了多种抗原抗体复合物结构，对每个最小非对称单元中的E蛋白单体结合单价C10抗体复合结构RMSD值进行比较，发现ij loop上发夹结构（ij loop hairpin）的多种构象（图1）。 为进一步解释这种具体影响，研究解析了DENV-2病毒颗粒结合C10 scFV的复合体3.3埃分辨率冷冻电镜结构（图2）。发现仅在病毒二十面体5次轴和3次轴附近的表位存在结合，而缺失在2次轴表位的结合。研究发现，该现象由附近结构中N67位点糖基化导致，为躲避图中粉色五角星标示的糖基化位点，DENV2-4中相应方向均背离N67糖基化位点偏离。相比之下，由于ZIKV没有该位点，所以并未受此影响（图3）。进一步分析表明，抗体HCDR3环在其它几种病毒中的摆动导致部分表位无法结合。

研究总结了以往抗体抗原结合的各种情况，提出表位疫苗设计不应仅关注表位互补，还应增加对于表位拓扑分布信息的关注这一创新性观点，为将来表位疫苗设计优化奠定了基础。中科院院士、中国疾控中心主任高福表示这一研究显示抗原表位的几何分布赋予抗体特殊的广泛中和能力，该结果不仅说明了互补位/表位互补性的重要性，还强调了疫苗设计应以以表位的拓扑分布为重点，揭示了抗病毒疫苗设计的崭新策略；华盛顿大学药物化学系副教授Kelly K. Lee评论该研究为广泛中和抗体如何克服抗原及构象变化提供了新见解。

相关研究成果以The epitope arrangement on flavivirus particles contributes to Mab C10’s extraordinary neutralization breadth across Zika and dengue viruses为题，发表在Cell上。研究工作得到中科院、深港脑科学创新研究院的资助。

图1.ZIKV以及DENV1-4 E蛋白单体与单价C10抗体的复合体晶体结构

图2.DENV-2病毒颗粒结合C10 scFv的复合体冷冻电镜结构

图3.C10抗体的对接轴方向分析